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最終更新日:2017年8月3日
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全般 |
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電気事業者| 電力系統| 系統連系| 電線| 電気事業制度(電力自由化を含む)| |
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エネルギー資源(Energy Resource)の場合、一次エネルギー(Primary Energy)が何であっても転換(Conversion)により電気エネルギー(Electric Energy)に変えて電力(Electric
Power)として利用することが多い。その転換の過程を発電(Power
Generation)と呼ぶ。実際には、化石燃料(Fossil Fuel:化学エネルギー、Chemical
Energy)を燃焼させることで水(Water)を水蒸気(Steam)に変えて(熱エネルギー、Thermal
Energy)発電機(Electrical Generator)を回して(運動エネルギー、Kinetic Energy)発電する(電気エネルギー、Electric
Energy)方法が主体である。 全エネルギー(一次エネルギー)消費量(Consumption)のうち電力消費量の占める割合は電力化率(Electrification Rate)で表現されるが、日本の場合は約4割である。 |
電気事業者 |
クリーン発電&スマートグリッドによる『日本の電力事業者の分類』(HP/2017/8/2)から |
ウィキペディア(HP/2016/10/8)による『日本の電力会社』から |
ウィキペディア(HP/2016/10/8)による『日本の電力会社』から |
資源エネルギー庁(HP/2016/10/8)による『電気事業制度の概要』から |
enepiによる『電気事業者の種類を解説します。特定規模電気事業って?メリット・デメリット』(HP/2017/8/2)の『電気事業者の種類』から |
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経済産業省による『電力システム改革の概要』(2014/10)から |
電力系統(Electrical grid) |
日本の送電網 ウィキペディア(HP/2013/11)による『電力系統』から |
The Continental U.S. power transmission grid consists of about 300,000 km of lines operated by approximately 500 companies. Wikipedia(HP/2013/11)による『Electrical grid』から |
電力系統とは ITenergy(アイテナジー)研究会(2013/3)による『系統(電力系統)とは』から |
送配電システムのイメージ エネ女の集いに資源エネルギー庁から参加したリソースパーソンより ジャパン・フォー・サステナビリティ・(有)イーズ・幸せ経済社会研究所(2012/8)による『日本のエネルギーの今と未来を考える〜国民的議論のためのデータ〜』の『送配電システムの全体像』から |
図5 欧州の国際連系線の概観 出所:ENTSO-E(欧州電力系統運用者ネットワーク)Statistical Yearbook 2009 を元に作成 (株)日本総合研究所(2011/7)による『次世代のエネルギー政策B 再生可能エネルギー普及の基盤となる透明性の高い広域送電網』から |
電力系統とは(1) 電力系統とは電力の生産から消費に至る発電所・変電所・送電線・配電線・負荷などの設備全体をいう。 |
電力系統とは(2) 電力系統は、長い期間を経て小規模系統から大規模系統へ発展してきており、規模の拡大に伴って、より高い電圧階級が導入されてきた。 |
電力系統とは(3)〜わが国の電力系統の特徴 |
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電力系統利用協議会(2006/10)による『電力系統利用に関する技術資料』から |
系統連系 |
9.1 再生可能エネルギー導入に伴う系統課題と対策 9.1.1 再生可能エネルギー大量導入に伴う課題 (1)電力需給ギャップの発生 (2)周波数変動 (3)配電系統の電圧上昇 (4)再生可能エネルギー電源の単独運転と不要解列 (5)系統事故時の電力系統への影響 9.1.2 系統課題と対策技術 (1)電力需給ギャップの発生 (2)周波数変動 (3)配電系統の電圧上昇 (4)再生可能エネルギー電源の単独運転と不要解列 (5)系統事故時の電力系統の影響 9.2 系統サポート技術 9.2.1 要素技術 (1)在来型電源の出力調整 (2)変動電源の出力調整 1)風力発電の系統貢献 2)ウィンドファームの統合制御 (3)FACTS(Flexible AC Transmission System) (4)蓄エネルギー 1)蓄電池 T.アンシラリーサービス(Ancillary Servica) U.送配電の潮流調整(投資抑制・混雑緩和) V.揚水代替 W.出力変動の抑制(短期:周波数制御) X.出力変動の抑制(長期:タイムシフト,出力平準化) @)鉛蓄電池 a.構造・原理 b.参考性能 c.電力系統への設置例 A)NaS電池(ナトリウム硫黄電池) a.構造・原理 b.参考性能 c.電力系統への設置例 B)ニッケル水素電池 a.構造・原理 b.参考性能 c.電力系統への設置例 C)リチウムイオン電池 a.構造・原理 b.参考性能 c.電力系統への設置例 D)バナジウムレドックスフロー電池 a.構造・原理 b.参考性能 c.電力系統への設置例 E)圧縮空気エネルギー貯蔵(Compressed Air Energy Storage: CAES) (5)水素 @)水素の特徴 a.優れたエネルギー貯蔵能力 b.多様な用途 A)水素製造技術 a.太陽光発電からの水素製造 b.風力発電からの水素製造 |
B)水素貯蔵・輸送技術 a.水素としての貯蔵 ・圧縮水素としての貯蔵 ・液体水素としての貯蔵 b.水素貯蔵材料への貯蔵 c.化学化合物による貯蔵 ・ケミカルハイドライド ・アンモニア d.地下水素貯蔵 C)水素利用技術 a.燃料電池による発電 b.直接燃焼による発電 c.天然ガスパイプラインへの導入 9.2.2 システム制御技術 (1)PCS制御 1)単独運転防止 2)FRT(Fault Ride Through) (2)需給運用 (3)広域運用 (4)発電出力予測 1)日本における風力発電出力予測システムの開発 2)欧州における風力発電予測システムの開発 3)米国における風力発電出力予測システムの開発 4)日本における太陽光発電出力予測システムの開発 5)米国における太陽光発電出力予測システムの開発 (5)スマートグリッド 1)技術の概要 2)デマンドレスポンス @)スマートメーター A)xEMS B)V2G,V2H,G2V 9.3 各国の系統課題への対応状況 (1)系統対策技術の分類の視点 1)対策技術 2)対策導入場所 (2)系統対策技術の特徴 9.3.1 欧州における状況 9.3.2 米国における状況 9.3.3 日本における状況 (1)次世代送配電ネットワーク研究会↓ (2)電力系統利用協議会(ESCJ)の「風力発電連系可能量確認ワーキンググループ」 1)概要 2)算定方法 3)短周期変動に関する検討結果 4)長周期変動(下げ代面)に関する検討結果 5)長周期変動(調整力面)に関する検討結果 6)風力発電の連系可能量 (3)送電系統の熱容量制約への対応 9.4 今後に向けた課題と克服方策 (1)電力系統サイドの柔軟性(Flexibility)向上 (2)再生可能エネルギー電源の調整電源化 (3)需要家サイドの対策 (4)まとめ 第9章 参考文献 |
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出典:諸住哲「スマートグリッド」(2010, アスキー・メディアワークス)などより NEDO 作成 |
[凡例]◎:特に優れている ○:優れている △:やや劣る 出典:NEDO 作成資料 |
図 9-60 再生可能エネルギー電源大量導入時の対策技術 |
図 9-61 再生可能エネルギー電源大量導入に関わる対策技術の分類 |
図 9-65 日本における再生可能エネルギー導入に関わる系統対策 |
(1)次世代送配電ネットワーク研究会 1)余剰電力の発生 [対策] i. 電力系統における蓄電池の設置 ii. 揚水発電(可変速を含む)の新増設 iii.ゴールデンウィークや年末年始等における太陽光発電の出力抑制 iv.新規の電力需要の創出,需要動向や気象条件に対応した蓄エネルギー能力を有する機器(ヒートポンプ等)の活用 2)出力の急激な変動に伴う周波数調整力の不足 [対策] i. 揚水発電(可変速を含む)の新増設 ii. 電力系統への蓄電池の設置 iii.電力系統に設置する蓄電池と火力・水力発電との協調制御 3)配電系統における電圧上昇等 [対策] i. 低圧系統(100V)における柱上変圧器の分割設置,太陽光発電の PCS による無効電力の制御 ii. 高圧系統(6600V)における電圧調整装置(SVC,SVR 等)等や LPC(他配電線との電力融通装置)の設置 4)単独運転と不要解列の防止 [対策] i. 太陽光発電の大量導入に対応した単独運転防止機能の搭載に関するルール化 ii. 太陽光発電の不要解列(一斉脱落)の防止機能の搭載に関するルール化 5)系統事故時の電力系統の影響 [対策] i. 電力系統シミュレータの構築 |
NEDO(2013/12)による『NEDO再生可能エネルギー技術白書』の『第9章 系統サポート技術』から |
T.検討の背景 U.次世代送配電ネットワークの構築に向けた技術的課題等について 1.我が国の送配電ネットワークの現状について (1)我が国の電力系統の特徴 (2)我が国の電力用通信について (3)我が国の電力系統の信頼度等について 2.太陽光発電等の大量導入に伴う電力系統上の課題と対策・技術的課題等↓ 3.次世代送配電ネットワークの構築に向けたロードマップ↓ (1)2020年に向けた系統安定化対策の実施時期と内容 @電圧上昇対策 A周波数変動・余剰電力対策 B単独運転・不要解列防止 (2)次世代送配電ネットワークの構築に向けた技術開発等の見通し @電圧調整装置の改良等 A出力抑制機能やFRT機能等を具備した新型PCSの開発・ルールの策定 B電力用蓄電池の開発 Cヒートポンプや電気自動車等による蓄エネルギー制御 D新たな需給制御システムの構築 V.太陽光発電等の大量導入に伴う系統安定化対策シナリオとコスト試算 1.系統安定化対策シナリオの設定 2.余剰電力対策量の試算について (1)余剰電力対策量試算の前提 (2)2020年断面における余剰電力対策量について 3.2020年までの系統安定化対策シナリオごとのコスト試算 <系統安定化対策コストの内訳の概要> (1)配電対策コスト (2)蓄電池設置コスト (3)制御システム構築コスト (4)太陽光発電の出力抑制に係るPCSコスト (5)需要創出・活用コスト (6)蓄電池・揚水ロス等のコスト (7)火力調整運転コスト W.次世代送配電ネットワークの構築による経済波及効果等 1.経済波及効果等の試算に当たっての基本的な考え方 (1)経済波及効果の分析の方法 (2)経済波及効果の推計の対象産業 (3)市場の考え方 2.投資額の算定 3.経済波及効果等の試算結果 (1)国内市場のみを考慮した場合 (2)国内分に加えて海外への輸出分も含む場合 |
X.系統運用ルールについて 1.欧州の電力系統連系要件等について (1)EU再エネ指令における優先規定 @優先給電(Priority dispatching) A優先アクセス(Priority Access) B優先接続(Priority connection) (2)欧州各国の優先規定の運用状況について (3)再生可能エネルギーの大量導入に伴う電力系統への影響 @風力発電の大量導入による影響(ループフロー問題) Aドイツにおけるバッテンフォール・ヨーロッパ社の系統運用状態 B風力発電機の一斉解列の影響 (4)各国における再生可能エネルギーの制御と出力抑制補償 2.我が国における電力系統への連系に係る規定について (1)我が国の系統アクセスルール及び系統運用ルールについて @系統アクセスルール A系統運用ルール (2)我が国の系統運用ルールの課題 Y.次世代送配電ネットワークの構築に向けた今後の課題 1.短期的課題(#$#$ 年までの対応として検討が必要なもの) (1)太陽光発電の出力抑制の実施に向けて @出力抑制機能付き %&' の開発 A太陽光発電の出力抑制の実施に向けた課題 (2)再生可能エネルギーの導入拡大に向けた最適な系統運用ルール等の見直し @太陽光発電等のPCSへの機能追加 A系統運用ルールの見直し (3)系統用蓄電池等に係る技術開発のフォローアップ (4)系統事故時における安定運用策の検討 (5)実証事業の着実な実施とフォローアップ 2.中期的課題(2020年代での確立を目指した対応として検討が必要なもの) (1)双方向通信の導入・確立に関する課題 (2)実証事業のフォローアップ等を踏まえた系統安定化対策の検討 @太陽光発電の出力把握・予測技術の開発等 A系統用蓄電池の更なる効率化に向けた技術開発 B蓄電池と火力・水力との協調制御技術の開発等 (3)需要家機器の制御等に係る技術開発や実証事業のフォローアップと系統安定化対策への検討 @需要創出・活用に向けた技術開発 Aスマートメーターに係る実証事業のフォローアップ等 B需要家側蓄電池に係る技術開発のフォローアップ等 (参考1)スマートグリッドに関する国際標準化の動向について (1)欧米における次世代送配電技術に関する標準化の動向 @米国の動き AIECの動き BCEN、CENELEC及びETSI CIEEE(米国電気電子学会) (2)我が国における次世代送配電技術に関する標準化の動向 (参考2)「次世代エネルギー・社会システム実証事業」について Z.おわりに |
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V.太陽光発電等の大量導入に伴う系統安定化対策シナリオとコスト試算 |
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(注) |
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次世代送配電ネットワーク研究会(2010/4)による『低炭素社会実現のための次世代送配電ネットワークの構築に向けて〜次世代送配電ネットワーク研究会 報告書〜』から |
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分散型電源側での対策 |
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系統連系ガイドラインで適用される発電設備 (1)ディーゼルエンジン、ガスタービン等の回転機を用いた発電機 (2)燃料電池、太陽電池等の直流発電設備等を用いた発電設備であって、逆変換装置を用いたもの ただし、回転機を用いていても一度直流等に変換し、最終的に逆変換装置で連系される場合は(2)に対応する。 自家用発電設備(コージュネレーション等)卸供給事業者、特定電気事業者が所有する発電設備 |
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田中(2003/3)による『分散電源の導入と需要地系統の構築』から 【参考】電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン http://www.enecho.meti.go.jp/denkihp/genjo/rule/keito_guideline.pdf |
3.系統連系とその技術的課題 3-1 電力系統の連系(Interconnection) ・電力系統発達の歴史は系統連系発達の歴史である ・系統連系は経済性と信頼性(電力品質)をともに高める ・但し系統連系は事故波及により全系崩壊をもたらす可能性を持つ両刃の剣である ・したがって適切な連系が求められる ・適切な連系とは? 3-2 連系とは? 3-3 連系の効用 (1) 経済性の向上 (a)予備力の節減 (b)大容量ユニットの採用 (c)経済性の高い発電機の優先的利用 − 経済融通 (d)ベストミックスの実現 (2) 信頼性(電力品質)の向上 (a)送電線事故時の応援 (b)電源脱落(緊急停止)時の応援 (c)周波数変動の抑制(系統の安定化)−北海道・本州連系設備 (d)ベストミックスの実現 3-4 連系の恐ろしさ(全系崩壊) |
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関根(2002/5)による『電力自由化と系統連系』から |
電線 |
一般により線は同一断面積の単線よりも可とう性が大きく、取り扱いが容易である。断面積が同じより線では素線数が多い程可とう性が大きい。 (社)電線総合技術センター(HP/2013/12)による『電線の基礎知識』から |
産業実態 概要
■世界の銅電線生産量 中国、アメリカに次いで第三位 資料出所:World Metal Statistics(2005.7)によるCopper wire(半製品)の生産量から推定。但し、日本は経済産業省「鉄鋼・非鉄金属・金属製品統計月報」 (注1)フランスの数字はCopper wire以外の製品も含む。(注2)中国の2004年はMetalica.U.K推定。 |
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産業構造 大手6社を中心としたアライアンス /電線/ |
資料:電線総合技術センターより |
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電線・ケーブル分野における技術ニーズとシーズ【社会的要請への対応】 /電線/ |
電線・ケーブル分野における技術ニーズとシーズ【技術シーズ】 /電線/ |
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経済産業省非鉄金属課による『電線・ケーブル製造産業の現状と課題』(2005年?)から |
電気事業制度 |
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資源エネルギー庁による『電力の小売全面自由化の概要』(2015/11)から |
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経済産業省による『電力システム改革の概要』(2014/10)から |
資源エネルギー庁による『我が国の電気事業制度について』の中の『電気事業者の概要』から |
再生可能電力 |
地熱発電容量の推移 Changes in geothermal generation capacity 出典:Bertani, R(2005) World geothermal power generation in period 2001-2005, Geothermics, 34 651-690 日本と世界の地熱発電設備容量 Geothermal plant capacity in Japan and Abroad 出典:地熱発電の動向2007年版(火力原子力発電技術協会) Source : Trends of Geothermal Power Generation 2007, Thermal and Nuclear Power Engineering Society NEDO(2008)による『地熱開発の現状 Present Status of Geothermal Energy Development』から |
【第213-3-2】太陽光発電導入量の国際比較 |
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【第213-3-15】廃棄物発電導入量の推移 |
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〔資源エネルギー庁による『エネルギー白書 2004年版』から〕 |
スマートグリッド/スマートメーター(Smart Grid/Smart Meter) |
設置スケジュール |
電気使用量見える化サービス(Aルートサービス)とは |
中国電力による『スマートメーターの導入について』(HP/2017/8/3)から |
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経済産業省電力・ガス事業部による『スマートメーターの導入促進に伴う 課題と対応について』(2014/12/9)から |
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(株)三菱総合研究所(2012/3)による『海外のスマートメーター及び柔軟料金に関する動向』から |
スマートグリッド(smart grid)とは、デジタル機器による通信能力や演算能力を活用して電力需給を自律的に調整する機能を持たせることにより、省エネとコスト削減及び信頼性と透明性の向上を目指した新しい電力網である。 ウィキペディア(HP/2011)による『スマートグリッド』から |
A smart grid is a form of electricity
network utilising digital
technology. A smart grid delivers electricity from suppliers
to consumers using two-way digital communications to control
appliances at consumers' homes; this could save energy, reduce
costs and increase reliability and transparency if the risks
inherent in executing massive information technology projects
are avoided. The "Smart Grid" is envisioned to overlay
the ordinary electrical
grid with an information and net
metering system, that includes smart
meters. Smart grids are being promoted by many governments
as a way of addressing energy
independence, global
warming and emergency resilience
issues. Wikpedia(HP/2011)による『Smart grid』から |
合田(2010/9)による『スマートグリッドとその国際標準化』から |
図表 9.2 世界の主なスマートグリッド関連プロジェクト 出典:第7 回次世代エネルギー・社会システム協議会資料(2010年1月19日) NEDO(2010/7)による『再生可能エネルギー技術白書』の中の『スマートグリッドの技術の現状とロードマップ』から |
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横山(2009/4)による『スマートグリッドについて』から |
電気料金 |
資源エネルギー庁による『エネルギー白書2016』から |
資源エネルギー庁による『エネルギー白書2016』から |
【第 224-6-1】電気料金の国際比較(2012年) (注) アメリカは本体価格と税額の内訳不明。 出典: OECD/IEA「Energy Prices & Taxes 4th Quarter 2013」を基に作成。 資源エネルギー庁による『エネルギー白書2014』から |
国際比較の留意点 ・料金データベース ・公租公課(税金など) ・換算レート(為替レート、購買力平価) |
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料金推移(為替・税込み) 1998〜2000年と、2008年以降の諸外国の下降傾向は為替レート(円高)の影響。 |
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料金推移(2010為替・税込み)@家庭用 |
料金推移(2010為替・税込みA産業用 |
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筒井(2012/8)による『電気料金の国際比較と変動要因の解明』から |
◎経産省、東電値上げを認可=標準世帯で月額367円増−32年ぶり、9月1日実施 時事通信社(HP/2012/7)による『【図解・社会】東日本大震災・東電が再申請した家庭向け電気料金原価の主な内訳』から |
本川(HP/2012/1)による『電気料金の国際比較』から |
【第224-6-1】電気料金の国際比較(2009年) 資源エネルギー庁(HP/2011/11)による『エネルギー白書2011』の『第4節 国際的なエネルギーコストの比較』から |
【第224-6-1】電気料金の国際比較(2008年) Excelデータ (注)1. 各国の1年間の使用形態を限定しない平均単価を計算したもの。2. アメリカについては課税前の価格 (出所)OECD/IEA, ENERGY PRICES & TAXES, 3rd Quarter 2009, pp.348-349をもとに作成。日本とドイツは2007年。 資源エネルギー庁(HP/2011/5)による『エネルギー白書2010』の『第4節 国際的なエネルギーコストの比較』から |
電気料金単価表(電灯) (ただし、臨時電灯と公衆街路灯は省略:2010年9月時点) 電気料金単価表(電力) (ただし、臨時電力と農事用電力は省略:2010年9月時点) 中国電力による『電気料金単価表』から |
電気料金−料金の推移− ※電灯料金は、主に一般家庭部門における電気料金の平均単価で、電力料金は、自由化対象需要分を含み、主に工場、オフィス等に対する電気料金の平均単価。 電力自由化の効果:電気料金の国際比較 【左図】 資源エネルギー庁による『電気事業制度について』から |
図2 統計に基づく平均単価による電気料金の比較 (出所)IEA Statistics “Energy Price & Taxes” 山田(2002)による『電気料金の国際比較』から |
電力会社比較 |
アクチュアルプルーフ(株)(HP/2016/10/16)による『電力会社.net』から |
エネチェンジ(株)(HP/2016/10/16)による『電力自由化』から |
大規模停電 |
図 4.1-1 近年の大規模停電 図 4.1-2 停電規模と停電時間の関係 電力系統の構成及び運用に関する研究会(2007)による『電力系統の構成及び運用について』から |
広域電力網構想 |
ヨーロッパと中東・北アフリカ(MENA)諸国に持続可能な電力を供給するインフラについての概念図(TRECが提唱する欧州スパーグリッドとEU-MENAの相互接続)(Source: DESERTEC Foundation, www.desertec.org) ウィキペディア(HP/2012/11)による『デザーテック』から |
デザーテック構想:砂漠から生まれたクリーン電力 Dedsertec Foundation(HP/2012/11)による『(デザーテック構想)』から |
アジアスーパーグリッド構想を2011年9月12日に発表。 アジアスーパーグリッドの特徴 1. 電力供給の安定化 2. 適正価格の実現 3. ピークシフト |
アジアスーパーグリッド実現への疑問 1. 安全保障上の問題 (国家間の電力融通はエネルギー安全保障上問題があるのでは?) 2. 国際海底ケーブルの現実性 (国際海底ケーブルは設置困難では?) 3. 電力融通の余力 (経済成長するアジア諸国には電力に余裕がないのでは?) |
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孫(2012/3)による『アジアスーパーグリッド構想から実現へ』から |
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日本創成会議(2011/10)による『アジア大洋州電力網イメージ』から |
WとWh |
W(ワット)は電力の単位であり、通常は1000倍(k、キロ)のkWが用いられる。一方、Wh(ワット時)は電力量の単位であり、通常はkWhが用いられる。電力は仕事率であり、電力量は仕事(エネルギー)である。
ボルトアンペア(Volt-ampere、VA)とは、皮相電力をあらわす単位である。 ウィキペディア(HP/2015/2)による『ボルトアンペア』から |
力率(りきりつ、Power factor)は、交流電力の効率に関して定義された値であり、皮相電力に対する有効電力の割合である。料金計算などの電力の管理では、パーセントで表される。
ウィキペディア(HP/2015/2)による『力率』から |
キロワット時(キロワットじ)は、エネルギー、仕事、熱量、電力量の単位(物理単位)である。英語ではキロワットアワー (kilowatt
hour) という。単位記号はkWh。英国の古い表記では Board
of Trade Unit (B.O.T.U.) である。
ウィキペディア(HP/2015/2)による『キロワット時』から |
電力量〔electric(al) energy〕は、電力(electric
power)を時間積分したものである。 ウィキペディア(HP/2015/2)による『電力量』から |
ワット(watt、W)とは仕事率や電力、工率、放射束、をあらわすSIの単位(SI組立単位)である。
逆に、仕事率や電力の単位に時間の単位をかけたものは、エネルギーを表す単位となる。つまり、 ウィキペディア(HP/2015/2)による『ワット』から |
電力(electric power)とは、 〔注1〕 専門用語では、「電力」と「電力量」は時間微分と時間積分の関係にある(近年の専門用語では「power」と「エネルギー」は違うものとされている。電気関係で、エネルギーは、専門用語では「電力量」という概念・用語になる。「電力」とは呼ばれていない。(後略) ウィキペディア(HP/2015/2)による『電力』から |